JP4123295B2 - 照明装置ならびに投射型表示装置とその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置ならびに投射型表示装置とその駆動方法に関し、特に映像表現力に優れ、使用環境や使用者の好みに合った明るさの映像が得られる投射型表示装置とそれに用いる照明装置に関するものである。

近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。

投射型液晶表示装置は光変調手段として液晶ライトバルブを用いたものであるが、投射型表示装置には、液晶ライトバルブの他、デジタルミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，以下、ＤＭＤと略記する）を光変調手段としたものも実用化されている。ところが、この種の従来の投射型表示装置は以下のような問題点を有している。

（１）光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ，以下、ＣＲＴと略記する）を用いた既存のテレビ受像機に比較すると、映像の品質や迫力の点で劣ってしまう。

（２）各種の映像信号処理により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。

このような投射型表示装置の問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、映像信号に応じて光変調手段（ライトバルブ）に入射させる光の量を変化させることが考えられる。それを実現するのに最も簡便な方法は、ランプの光出力強度を変化させることである。投射型液晶表示装置において、メタルハライドランプの出力光の制御を行う方法が、下記の特許文献１に開示されている。
特開平３−１７９８８６号公報

しかしながら、投射型液晶表示装置に用いるランプとしては高圧水銀ランプが現在主流となっているが、高圧水銀ランプで光出力強度を制御するのは極めて困難な状況である。したがって、ランプの光出力強度自体は変化させなくても、光変調手段への入射光量を映像信号に応じて変化させることのできる方法が求められている。

さらに上記の問題点に加えて、現行の投射型表示装置では光源の明るさが固定されているため、例えば暗めの鑑賞環境においては画面が明るくなりすぎたり、また、投射距離や投射レンズのズーミングにより投射スクリーンサイズを変化させた際に、それに応じて画面の明るさが変化してしまうという問題点もあった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ランプの光出力強度を変化させることなく光変調手段への入射光量を変化させることができ、映像表現力や使用環境への順応性の面で優れた効果を発揮することのできる投射型表示装置とこれに用いる照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、投射型表示装置の光変調手段を照明するために用いられる照明装置であって、光源と、前記光源から入射される光の照度分布を均一化する均一照明手段と、前記光源から射出される光の光軸上に設置され、前記光源からの射出光の光量を調節する調光手段とを備え、外部からの情報に基づいて前記調光手段を制御することによって前記均一照明手段から射出される光の光量を調節可能としたことを特徴とする。

本発明者は、光源の光出力強度を変化させることなく、映像に応じて被照明領域に入射される光の量を調節するための手段として、従来の照明装置に対して、外部からの情報に基づいて光量が調節される調光手段を付加すればよいことを見い出した。上記の「外部からの情報」には、例えば、光変調手段に供給される映像信号に基づく情報、投射拡大率に基づく情報、使用環境下における明るさの状況に基づく情報、使用者の好みに基づく情報などが挙げられる。

すなわち、本発明の照明装置によれば、光源からの射出光の光量を調節する調光手段が備えられ、この調光手段が上記外部からの情報に基づいて制御される構成となっているため、投射型表示装置に用いたときに調光手段の作用により、例えば外部からの情報が映像信号に基づく情報の場合、その時の映像シーンが明るい場面であれば光量が多くなるように、暗い場面であれば光量が少なくなるように光源からの射出光の光量が調節される。このようにして、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域において映像に応じた明るさの光を得ることができ、投射型表示装置のダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。同様に、投射拡大率、使用環境下における明るさの状況、もしくは使用者の好み等に応じた明るさの光を得ることができる。

前記均一照明手段の具体的な形態としては、例えばロッドレンズ等もあるが、本発明の場合、光軸に沿って光源に近い側から順次配置されたフライアイレンズと、それによって形成された複数の２次光源像を照明面において重ね合わせるための重畳レンズで構成されたものを好適に用いることができる。フライアイレンズを用いる均一照明手段においては、フライアイレンズによって複数の２次光源像が形成され、この複数の２次光源像が、重畳レンズとしてその後段に設けられた第２のフライアイレンズやコンデンサーレンズによって重畳されることにより元々の光源光が持っている照度分布を均一化することができる。

前記調光手段の具体的な形態としては、調光手段が、前記光源からの射出光の少なくとも一部を遮断可能に構成された遮光部材からなり、前記遮光部材による前記射出光の遮光面積が調節可能とされたものを用いることができる。
この構成によれば、遮光部材の作用によって光源からの射出光を遮光する程度を容易に調節することができ、本発明の照明装置に好適な調光手段を実現することができる。

前記遮光部材の設置位置としては、フライアイレンズと重畳レンズとの間、重畳レンズの射出側、フライアイレンズと光源との間の３通りが考えられる。

特に第１のフライアイレンズと重畳レンズとの間に設ける場合、もしくは重畳レンズの射出側に設ける場合には、遮光部材を、フライアイレンズを構成する各レンズの焦点の近傍に配置することが望ましい。
フライアイレンズから射出された光束は、フライアイレンズを構成する各レンズの焦点近傍で一旦絞られるが、遮光部材をここに配置した場合、光束が絞られた領域で減光が行われるので、被照明領域における照度分布に影響を与えることなく、調光を行うことができる。また、この部分には、フライアイレンズの焦点距離に応じた隙間が予め設けられているので、その間に遮光部材を配置しても、その他部品の光学配置を変更する必要がない。

前記遮光部材の具体的な形態としては、遮光部材が、その主面と平行な方向に移動可能に構成された遮光板からなり、遮光板の移動量により光量が調節可能とされたものを例示することができる。
この構成によれば、例えば遮光板に何らかの遮光板駆動機構を設けるなどして、遮光板を平行移動可能に構成することによって、遮光板で遮る光の量を変化させ、遮光板の設置箇所を透過する光量を容易に調節することができる。

もしくは、遮光部材が、その主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成された遮光板からなり、遮光板の回動角度により光量が調節可能とされたものを例示することができる。
この構成によれば、例えば回動軸にステッピングモータを接続するなどして、遮光板を回動させることにより遮光板の設置箇所を透過する光の量を容易に応答性良く調節することができる。例えば、遮光板の板面が光軸に平行になるように配置すれば、光の透過率を１００％に近い値とすることができ、遮光板の板面が光軸に対して所定の角度になるまで回動させれば、設定した範囲内で最小の透過率に減光することができ、被照明領域において所望の明るさの光を得ることができる。

また、遮光部材が、フライアイレンズから射出される光束それぞれに対して線対称に遮光を行う構成とすることが好ましい。より好ましくは、各光束の中心に対して中心対称に遮光を行うのがよい。
上述したように、フライアイレンズを構成する各レンズの焦点近傍では、フライアイレンズによって形成された複数の２次光源像による光束が絞り込まれている。しかしながら、ここで光束を前記遮光部材を用いて遮光する場合、むやみに遮光を行うと、照度分布の均一化の作用が阻害されてしまう。具体的に説明すると、例えば全ての光束に対して片側から遮光すると、被照明領域の片側のみが明るく、残りの片側が暗いというように照度分布が偏りを持つ場合がある。この問題の対策として、光束の中心を通る軸に対して線対称に遮光を行うと、被照明領域における照度分布も被照明領域の中心を通る軸に対して線対称となる。よって、均一照明手段を透過した後の光がまだ若干の照度分布を持っていたとしても、被照明領域における照度分布が偏りを持つ場合に比べて投射された映像の見栄えを良くすることができる。
さらに、各レンズの中心に対して中心対称に遮光を行うと、元々の光源光の持つ照度分布により合致した遮光の形態となり、照度分布をより均一化することができる。

また、前記遮光部材が、フライアイレンズから射出される光束それぞれの中心を通る軸に対して線対称に遮光を行う構成に代えて、光束群全体の中心を通る軸に対して線対称に遮光を行う構成としても良い。この場合も、より好ましくは、光束群全体の中心に対して中心対称に遮光を行うのが良い。
この構成の場合も、上記の各レンズの中心を通る軸に対して線対称に遮光を行う場合と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、一つ一つの２次光源像については、遮光により明るさの偏りが生じるが、このようにすることで、それらを重畳した被照明領域における照度分布を均一にすることができる。

上記のように対称的に遮光を行うための具体的な手段として、例えば遮光部材が、フライアイレンズから射出された隣り合う光束の間に配置され、かつ光軸と垂直に設けられたスリット状の開口部を有する２枚の遮光板からなり、これら２枚の遮光板を、各々の主面と平行な方向で互いに逆向きに移動可能とした構成を採ることができる。もしくは、遮光部材が、光軸と垂直に設けられた３枚以上の遮光板からなり、これら３枚以上の遮光板のうちの１枚はその位置を固定するとともに、光束群全体の中心線に対して線対称の位置にある残りの遮光板が互いに逆向きに移動するように構成することができる。

また、上記の構成に加えて、本発明の照明装置は、フライアイレンズを構成する各レンズの焦点位置近傍に、光源からの射出光の偏光状態を一方向に揃えるための偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，以下、ＰＢＳと略記する）アレイとを設けても良い。
この構成によれば、例えば一偏光方向の光のみを利用して表示を行う液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に本発明の照明装置を用いたときに、ＰＢＳアレイにおいて液晶ライトバルブで利用する側の偏光に揃えるように光源からの射出光の偏光変換を行うことができるので、光の利用効率を高めることができる。

その場合、遮光部材として平行移動可能な２枚の遮光板を用いるものを採用するならば、その２枚の遮光板のうちの少なくとも一方が、ＰＢＳアレイ上の反射膜に光源からの射出光を直接入射させないための遮光板を兼ねる構成とすることが望ましい。
この構成によれば、ＰＢＳアレイと本発明の遮光部材にわたる装置構成を簡単化することができる。

上記の構成において、前記ＰＢＳアレイの入射側に、第２のフライアイレンズを設け、この第２のフライアイレンズと遮光板の間、あるいはＰＢＳアレイと遮光板の間の少なくともいずれか一方に間隙を設けることが望ましい。
この構成によれば、前記間隙に例えば冷却用の空気を流すことができ、光源からの強い光を遮光することで温度が上昇した遮光板を冷却することができる。

遮光板の回動軸は、フライアイレンズから射出される光束の間となる場所に配置することが望ましい。
この構成によれば、フライアイレンズから射出される複数の光束それぞれの間の部分はもともとフライアイレンズで集光された光が到達しない部位であるから、回動軸をこの位置に配置した上で遮光板の板面が光軸に平行になるように遮光板を位置させた場合には、光が遮断されることがほとんどなく、調光をかけない場合に明るさが低下することがない。

遮光板は光の透過率が全体的に均一なものであってよいことは勿論であるが、部分的に光の透過率が異なる領域を有していてもよい。具体的には、例えば遮光板をガラス上に金属薄膜を形成した板により構成し、その膜厚に分布を持たせるなどしても良い。また、例えば遮光板の形状を長方形状としたときに縁部を単なる直線状に形成するのではなく、縁部に凹凸形状を付与するようにしてもよい。

このようにして、遮光板内に部分的に光の透過率が異なる領域を設けた場合、フライアイレンズが作り出す複数の２次光源像のそれぞれに対してランダムな分布で遮光が行なわれるので、それらが重畳されたものはこれらの分布が交じり合うことにより照度分布が均一化され、被照明領域における照度の均一性を高めることができる。

遮光板の数については、一つだけ設けてもよいし、光軸に垂直な面に沿って複数配置してもよい。
複数の遮光板を配置した場合、一つ一つの遮光板の寸法を小さくすることができるので、遮光板をよりフライアイレンズを構成する各レンズの焦点位置の近くに配置することが可能になり、被照明領域における照度分布により影響を与えることなく、調光を行うことができる。また、小さい遮光板であれば、既存の均一照明手段の配置を変えることなくこれらの間に挿入することができ、照明装置が大型化することもない。

特に、複数の遮光板を、フライアイレンズから射出される光束の列毎に対応して配置した場合、遮光板の寸法を最も小さくすることができ、上記の効果を確実に得ることができる。

さらに、複数の遮光板を、フライアイレンズから射出される光束群の中心線を境にして、それぞれ反対の方向に回動させるようにした場合、結果として光束群全体の中心に対して線対称に遮光することとなるため、より均一な照明を得ることができる。

また複数の遮光板を設けた場合、これら遮光板を一斉に同一の角度だけ回動させる構成でもよいが、例えば一部の遮光板のみを回動させ、残りの遮光板は静止させておく構成、もしくは複数の遮光板の回転角に差をつけて回動させる構成、もしくはこれらを組み合わせた構成などにより調光を行ってもよい。
これらの構成によれば、よりきめ細かな調光を行うことができる。

次に、遮光板の設置位置をフライアイレンズと光源との間とした場合、光源の照度分布がもともと大きいため、フライアイレンズと光源との間に遮光板を入れても照度分布にそれ程大きな影響はなく、被照明領域における照度分布を小さくすることができる。

また、遮光板をこの位置に配置した場合も、上記（フライアイレンズと重畳レンズとの間）の場合と同様、遮光板を、光軸に垂直な面に沿って複数配置したり、複数の遮光板のうち、一部の遮光板のみを回動させたり、複数の遮光板を回転角に差をつけて回動させたりする構成を採用することができる。これらの場合も上記と同様の効果を得ることができる。また、この配置において複数の遮光板を用いる場合、光源と均一照明手段の間の距離を短くできるので、装置の小型化を図ることができる。

さらに、複数の遮光板を設ける場合、これら遮光板を独立して駆動することに代えて、一つの回動軸を中心として一体に回動可能に構成してもよい。
この構成によれば、遮光板の数が複数であっても回動軸が一つで済み、回動機構をはじめとする装置構成を簡略化することができる。

また、複数の遮光板の大きさやピッチは全て揃えてもよいが、場所によって異ならせてもよい。
このようにして遮光板全体の設計を最適化することにより、被照明領域における照度分布を良好に維持することができる。

また上記のように、フライアイレンズを構成する複数のレンズの境界に沿うように遮光板の回動軸を配置すれば、調光をかけない場合に明るさが低下しないという効果が得られるが、遮光板の回動軸をフライアイレンズを構成する複数のレンズの配列方向に対して傾けた場合、回動軸が必ずレンズの中央を横切る箇所があるため、調光をかけない場合でも明るさが若干低下する懸念がある。しかしながら、この構成においては、遮光板の縁部に凹凸形状を付与した場合と同様、個々のレンズによって異なる領域で遮光が行なわれるので、重畳されたときに照度分布が均一化され、被照明領域における照度の均一性を高めることができる。

遮光部材を用いて遮光するのはよいが、遮光部材の表面で光が反射されると、その反射光が表示に何らかの悪影響を与える恐れがある。その点、遮光部材のうちの少なくとも光が照射される側の表面に光吸収性を有する材料を用いることにより不要な反射光の発生を抑えることができ、表示品位を高めることができる。また、その他の箇所に光吸収材を配置する必要がないので、装置構成が簡単になる。

これに対して、遮光部材のうちの少なくとも光が照射される側の表面に光反射性を有する材料を用いてもよい。その場合、遮光部材からの反射光が照明光路の外側に放出されるように遮光部材が回動する構成とすることが望ましい。
この構成によれば、遮光部材による反射光が不要に散乱して表示に悪影響を与えるのを防止することができる。

表面が光反射性を有する遮光部材を用いる場合、遮光部材からの反射光が光源に戻らない角度で所望の最小透過光量が得られるように構成されていることが望ましい。
この構成によれば、遮光部材からの反射光が光源に備えられた反射板等で再度反射し、不要に散乱したり、光源光と干渉するなどして表示に悪影響を与えるのを防止することができる。

さらに光反射性を有する遮光部材を用いる場合、遮光部材からの反射光が到達する位置にこの反射光を吸収する光吸収材を設けることが望ましい。
この構成によれば、例えば遮光部材からの反射光が到達する位置に照明装置の構成要素が配置されていた場合であっても、その構成要素が温度上昇して不具合が生じるのを回避することができる。

本発明の投射型表示装置は、照明手段と、前記照明手段から射出される光を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを有する投射型表示装置であって、照明手段として、上記本発明の照明装置を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域において所望の明るさの光が得られる照明装置を備えているため、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡張することができ、映像表現力や使用環境への順応性に優れた投射型表示装置を実現することができる。

上記本発明の投射型表示装置の駆動手段としては、映像を構成する１フレームあたりの映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御信号を決定する制御信号決定手段と、前記制御信号に基づいて前記調光手段を制御する調光制御手段と、前記映像信号を前記制御信号に基づいて伸張する映像信号伸張手段とを備えることが望ましい。

この構成によれば、まず制御信号決定手段において映像を構成する１フレームあたりの映像信号に基づいて調光手段を制御するための制御信号が決定され、調光制御手段がこの制御信号に基づいて調光手段を制御することにより映像に応じて明るさが変化する光を光変調手段に供給する一方、映像信号伸張手段が制御信号に基づいて映像信号を伸張する。この動作によって、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡張することができ、映像表現力や使用環境への順応性に優れた投射型表示装置を実現することができる。

本発明の投射型表示装置の駆動方法は、上記本発明の投射型表示装置の駆動方法であって、前記調光手段を制御する制御信号を、映像を構成する１フレームあたりの映像信号に基づいて決定し、前記制御信号に基づいて前記調光手段を制御することにより前記光変調手段を照明する光の光量を調節するとともに、前記映像信号を前記制御信号に基づいて伸張し、この伸張した映像信号を前記光変調手段に供給することによって映像を生成することを特徴とする。

この構成によれば、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡張することができ、映像表現力が高い映像を得ることができる。

［投射型表示装置］
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
まず最初に、本発明の照明装置を備えた投射型表示装置の一例である投射型液晶表示装置について図９〜図１３を用いて説明する。
本実施の形態の投射型液晶表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置である。図９はこの投射型液晶表示装置を示す概略構成図であって、図中、符号１は照明装置、２は光源、３，４はフライアイレンズ（均一照明手段）、５は遮光板（調光手段）、１３，１４はダイクロイックミラー、１５，１６，１７は反射ミラー、２２，２３，２４は液晶ライトバルブ（光変調手段）、２５はクロスダイクロイックプリズム、２６は投射レンズ（投射手段）を示している。

本実施の形態における照明装置１は、光源２とフライアイレンズ３，４と遮光板５と光吸収体６とから構成されている。光源２は高圧水銀ランプ等のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とから構成されている。また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ２２，２３，２４において均一化させるための均一照明手段として、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置されている。ここで、第１のフライアイレンズ３は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ４はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のフライアイレンズ４の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第２のフライアイレンズが用いられた場合について説明を行う。第２のフライアイレンズ４は後述するＰＢＳアレイと組み合わせて用いることにより、偏光変換素子を構成することもできるようになっている。
本実施の形態の場合、光源２から射出された光の光量を調節する調光手段として、遮光板５が第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に回動可能に設置されている。そして、第１のフライアイレンズ３および第２のフライアイレンズ４の上方に光吸収体６が設置されている。なお、照明装置の構成については後で詳しく説明する。

照明装置１の後段の構成を以下、各構成要素の作用とともに説明する。
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー１３は、光源２からの光束のうちの赤色光ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射させるものである。ダイクロイックミラー１３を透過した赤色光ＬＲは反射ミラー１７で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ２２に入射される。一方、ダイクロイックミラー１３で反射した色光のうち、緑色光ＬＧは緑色光反射用のダイクロイックミラー１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ２３に入射される。一方、青色光ＬＢはダイクロイックミラー１４も透過し、リレーレンズ１８、反射ミラー１５、リレーレンズ１９、反射ミラー１６、リレーレンズ２０からなるリレー系２１を経て青色光用液晶ライトバルブ２４に入射される。

各液晶ライトバルブ２２，２３，２４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム２５に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ２６によりスクリーン２７上に投射され、拡大された画像が表示される。

次に、本実施の形態の投射型液晶表示装置３０の駆動方法について説明する。
図１０は本実施の形態の投射型液晶表示装置３０の駆動回路の構成を示すブロック図である。調光機能を持たない従来の投射型液晶義示装置の場合、入力された映像信号は適当な補正処理を経て、そのまま液晶パネルドライバに供給されるが、調光機能を有し、かつそれを映像信号に基づいて制御する本実施の形態の場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジタル信号処理ブロックであるＤＳＰ（１）〜ＤＳＰ（３）などの回路が必要となる。

本実施の形態では、図１０に示すように、アナログ信号として入力された映像信号がＡＤコンバータ３１を経て第１のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（１）３２（制御信号決定手段）に入力される。ＤＳＰ（１）３２では、映像信号から明るさ制御信号が決定される。ＤＳＰ（２）３３（調光制御手段）では、明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライバ３４を制御し、最終的には調光素子ドライバ３４が調光素子３５（本実施の形態の場合は遮光板５）を実際に駆動する。

一方、ＤＳＰ（１）３２で決定された明るさ制御信号は、映像信号とともにＤＳＰ（３）３６（映像信号伸張手段）にも入力される。ＤＳＰ（３）３６では明るさ制御信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲に伸張する。伸張処理後の映像信号はＤＡコンバータ３７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ３８に入力され、パネルドライバ３８から赤色光用液晶ライトバルブ２２（図１０中のＲパネル）、緑色光用液晶ライトバルブ２３（同、Ｇパネル）、青色光用液晶ライトバルブ２４（同、Ｂパネル）のそれぞれに供給される。

ここで、照明装置１の制御方法に関しては、［１］表示映像適応型の制御、の他に、［２］投射拡大率による制御、［３］外部からの制御、などが考えられる。以下にそれぞれの方法について説明する。
［１］表示映像適応型の制御
まず、表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような表示映像に適応した明るさ制御を行う場合について考える。この場合、上記で説明したように、ＤＳＰ（１）３２で映像信号に基づいて明るさ制御信号が決定されるが、その方法には例えば次の３通りが考えられる。

（ａ）注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば０〜２５５の２５６ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図１１Ａのようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が１９０であるので、この階調数１９０を明るさ制御信号とする。この方法は、入力される映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。

（ｂ）注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）となる階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば映像信号の出現数分布が図１２のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をとる。１０％に相当するところの階調数が２３０であったとすると、この階調数２３０を明るさ制御信号とする。図１２に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近傍に突発的なピークがあった場合、上記（ａ）の方法を採用すれば、階調数２５５が明るさ制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数２３０を明るさ制御信号とする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は２〜５０％程度の範囲で変化させてもよい。

（ｃ）画面を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを明るさ制御信号とする方法。
例えば図１３に示すように、画面をｍ×ｎ個のブロックに分割し、それぞれのブロックＡｌｌ，…，Ａｍｎ毎の明るさ（階調数）の平均値を算出し、そのうちで最大のものを明るさ制御信号とする。なお、画面の分割数は６〜２００程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
上記（ａ）〜（ｃ）の方法について、明るさ制御信号の判定を、表示領域全体に対して行う他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。

次にＤＳＰ（２）３３において、上記の方法で決定した明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライバ３４を制御するが、この方法にも例えば次の３通りが考えられる。

（ａ）出力された明るさ制御信号に応じてリアルタイムで制御する方法。
この場合はＤＳＰ（１）３２から出力された明るさ制御信号をそのまま調光素子ドライバ３４に供給すればよいため、ＤＳＰ（２）３３での信号処理は不要となる。この方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的ではあるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなどの問題が発生する恐れがある。

（ｂ）出力された明るさ制御信号にＬＰＦ（ローパスフィルター）をかけ、その出力で制御する方法。
例えばＬＰＦによって１〜３０秒以下の明るさ制御信号の変化分をカットし、その出力によって制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、上記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。

（ｃ）明るさ制御信号の切り替わりエッジを検出する方法。
明るさ制御信号に所定の大きさ以上（例えば６０階調以上）の変化があった場合にのみ調光素子３４を制御する。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに応じた制御を行うことができる。

このようにして、例えば階調数１９０が明るさ制御信号に決定された場合、最大明るさ（階調数２５５）の光量を１００％とすると、１９０／２５５＝７５％の光量が得られるように調光素子３５を駆動する。本実施の形態の場合、調光素子３５は具体的には遮光板５であるから、透過率が７５％（遮光率が２５％）となるように遮光板５を回動させる。同様に、階調数２３０が明るさ制御信号である場合、２３０／２５５＝９０％の光量が得られるように調光素子３５を駆動する。

一方、ＤＳＰ（３）３６では、ＤＳＰ（１）３２で決定された明るさ制御信号と映像信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲まで伸張する。例えば最大階調範囲にまで伸張する場合、上記の例では表示可能な最大階調数が２５５であるから、図１１Ａの例で明るさ制御信号が階調数１９０の場合、階調数０〜１９０までの映像信号を図１１Ｂに示すように階調数０〜２５５まで伸張する。このような照明光量の制御と映像信号の伸張処理によって、映像のダイナミックレンジを拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができる。

［２］投射拡大率による制御
投射レンズ２６のズーミングに対応させて制御する。通常は液晶ライトバルブ（被照明領域）における単位面積あたりの光量が一定であるから、拡大側では画面が暗くなり、縮小側で明るくなる傾向にある。したがって、これを補正するように、拡大側に変化させた場合には光量が増えるように、縮小側に変化させた場合には光量が減るように調光素子３５を制御する。

［３］外部からの制御
使用者が好みに応じて調光素子３５を制御できるようにする。例えば暗い鑑賞環境においては光量が少なく、明るい鑑賞環境においては光量が多くなるように調光素子３５を制御する。この場合、使用者がコントローラを用いて、もしくは調光素子を直接操作するなどして調節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて自動的に制御される構成としてもよい。ただし、これら［２］、［３］の制御を行うためには、図１０でＤＳＰ（１）３２〜ＤＳＰ（３）３６のような回路は不要であるが、それ以外の回路構成が必要になる。

［照明装置−１］
次に、本発明の第１の実施の形態の照明装置について図１、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態では、均一照明手段を構成する２枚のフライアイレンズの間に遮光板を装入した照明装置の例を示す。図１は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す側面図、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は同、照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。

本実施の形態の照明装置１は、図１に示すように、光源２とフライアイレンズ３，４と遮光板５と光吸収体６とから構成されている。光源２は、高圧水銀ランプ等のランプ７とランプ７の光を反射するリフレクタ８とから構成されている。また、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置されている。各フライアイレンズ３，４は、複数（本実施の形態では例えば６×８個）のレンズ９，１０から構成されており、光源２から射出された光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブにおいて均一化させるための均一照明手段として機能する。

光源２から射出された光の光量を調節する調光手段として、１枚の長方形状の遮光板５が第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に回動可能に設置されている。遮光板５は、２枚のフライアイレンズ３，４のうち、液晶ライトバルブに近い側の第２のフライアイレンズ４の近傍に設置されており、遮光板５の幅Ｗは２枚のフライアイレンズ３，４の間隔Ｂの半分以下に設定されている。遮光板５の中央には水平方向に延在する回動軸１１が設けられている。回動軸１１にはステッピングモータ等の駆動手段（図示せず）が接続されており、調光素子ドライバ３４からの駆動信号を受けて遮光板５を高速応答で回動させることができる構成となっている。

遮光板５の回動軸１１は、図２（Ａ）に示すように、第２のフライアイレンズ４を構成する複数のレンズ１０の横の配列方向に対して平行であり、さらに隣り合うレンズ１０（図２（Ａ）における上から４番目と５番目のレンズ）の境界に沿って配置されている。遮光板５は例えばアルミニウム、スチール、ステンレス等の材料で構成されており、回動した状態で光源２に対向する側の面が光源２から射出された光を反射させる反射面５ａとなっている。

図２（Ａ）では、反射面５ａが光源２からの射出光の光軸と平行に位置しており（図１において遮光板５の輪郭を２点鎖線で示した状態）、光源２からの射出光が１００％透過する状態（調光をかけていない状態）となっている。これに対して、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）の状態から反射面５ａが光源２の方向に向くように遮光板５が回動された様子を示しており（図１において遮光板５の輪郭を実線で示した状態）、光源２からの射出光が例えば３０％だけ透過する状態（調光をかけた状態）となっている。

また図１に示すように、所望の最小透過光量が３０％であったとすると、この最小透過光量が得られる状態まで遮光板５を傾けたときに遮光板５からの反射光が光源２に戻らない角度になるように、遮光板５の寸法などが設定されている。そして、遮光板５の傾きの程度によらずに常に遮光板５からの反射光が到達する２枚のフライアイレンズ３，４の外側の位置には、この反射光を吸収するため、石綿等、光の反射率が高くなく、また不燃性の材料からなる光吸収材６が設置されている。

本実施の形態の照明装置１によれば、均一照明手段を構成する２枚のフライアイレンズ３，４の間に回動可能な遮光板５が備えられ、この遮光板５が映像信号に基づいて高速に回動する構成となっているため、例えば投射型表示装置の映像シーンが明るい場面であれば光量が多くなるように、暗い場面であれば光量が少なくなるように光量が調節される。これにより、光出力強度の制御が困難な高圧水銀ランプ等からなる光源２の光出力強度が一定のままでも液晶ライトバルブにおいて映像に応じた明るさの照明光を得ることができ、投射型表示装置のダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。

また、遮光板５が第２のフライアイレンズ４に近い側に配置されているため、光束が絞られた部位で減光が行われることになり、液晶ライトバルブの位置における照度分布に影響を与えることなく、調光を行うことができる。さらに、遮光板５の回動軸１１が、第２のフライアイレンズ４を構成する複数のレンズ１０の境界に沿うように配置されているので、図２（Ａ）に示した１００％透過の状態では光がほとんど遮断されず、２枚のフライアイレンズ３，４の間に遮光板５を装入した構成であっても調光をかけない場合に明るさが低下することがない。

また、本実施の形態では光反射性を有する遮光板５を用いているが、遮光板５からの反射光が光源２に戻らない角度で所望の最小透過光量が得られるように構成されているため、反射光が不要に散乱したり、干渉したりして表示に悪影響を与えるのを防止することができる。さらに、遮光板５からの反射光が到達する位置に光吸収材６が設けられているので、遮光板５からの反射光が到達する位置に照明装置の他の構成要素が配置されていた場合であっても、その構成要素が温度上昇して不具合が生じるのを回避することができる。

［照明装置−２］
次に、本発明の第２の実施の形態の照明装置について図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態の照明装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であり、異なる点は遮光板の形状のみである。したがって、本実施の形態では図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて遮光板の形状についてのみ説明し、共通部分の説明は省略する。図３（Ａ）は１００％透過の状態（調光をかけていない状態）、図３（Ｂ）は３０％透過の状態（調光をかけた状態）をそれぞれ示している。

第１の実施の形態の場合、遮光板５の形状は長方形状であり、上下の辺が直線状に形成されていたのに対し、本実施の形態では、図３（Ｂ）に示すように、遮光板４０の形状は略長方形状ではあるが、上下の縁部が不規則に波打つように凹凸形状４０ａが付与されている。さらにその凹凸形状は、遮光を行う状態で第１のフライアイレンズに近い側が特に大きくなるように設計されている。

本実施の形態の遮光板４０を備えた場合、第１のフライアイレンズ３が作り出す複数の２次光源像のそれぞれに対してランダムな分布で遮光が行なわれるので、それらが重畳されたものはこれらの分布が交じり合うことにより照度分布が均一化され、液晶ライトバルブの位置における照度の均一性をより高めることができる。また、２次光源像を形成する第１のフライアイレンズ３に近い側にこのような構造を持たせた方がより大きな効果を得ることができる。さらに、ランプから出る光が光軸に対して中心対称な分布を持つことから、凹凸を上記のように設計することにより、その効果をより高めることができる。

なお、上記の効果を得るためにランダムな分布で遮光を行なう手段としては、遮光板に凹凸形状を付与するほか、遮光板の端部から大きさや密度を異ならせた孔を開ける、また、部分的に光透過率の異なる領域を設けるなどの方法が考えられる。

［照明装置−３］
次に、本発明の第３の実施の形態の照明装置について図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態の照明装置の基本構成は第１、第２の実施の形態と同様であり、異なる点は遮光板の回動軸の配置のみである。したがって、本実施の形態では図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を用いて遮光板の構成についてのみ説明し、共通部分の説明は省略する。図４（Ａ）は１００％透過の状態（調光をかけていない状態）、図４（Ｂ）は３０％透過の状態（調光をかけた状態）をそれぞれ示している。

第１の実施の形態の場合、遮光板５の回動軸１１は、第２のフライアイレンズ４の複数のレンズ１０の配列方向に対して平行で、レンズ１０の境界に合わせて配置されていたのに対し、本実施の形態では、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、遮光板５の回動軸４２は第２のフライアイレンズ４の複数のレンズ１０の配列方向に対して傾いており、したがって、レンズ１０の境界に沿うことなく、個々のレンズ１０を横切るように配置されている。

第１、第２の実施の形態のように、第２のフライアイレンズ４の複数のレンズ１０の境界に合わせて遮光板５の回動軸１１を配置した場合、調光をかけない場合に明るさが低下しないという効果が得られるが、本実施の形態のように、遮光板５の回動軸４２を第２のフライアイレンズ４の複数のレンズ１０の配列方向に対して傾けた場合、回動軸４２がレンズ１０の中央を横切る箇所があるため、調光をかけない場合でも明るさが若干低下する懸念がある。その反面、この構成においては、遮光板の縁部に凹凸形状を付与した第２の実施の形態と同様、図４（Ｂ）に示すように、レンズによって異なる領域で遮光が行なわれる（図４（Ｂ）において遮光板５の向こう側に臨むレンズの三角形部分の形状がレンズによって異なっている）ので、重畳されたときに照度分布が均一化され、液晶ライトバルブの位置における照度の均一性をより高めることができる。

［照明装置−４］
次に、本発明の第４の実施の形態の照明装置について図５を用いて説明する。
本実施の形態も２枚のフライアイレンズの間に遮光板を装入した点では第１〜第３の実施の形態と共通であるが、上記実施の形態では１枚の遮光板を用いたのに対し、本実施の形態では複数枚の遮光板を用いる点が異なっている。
図５は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。図５において図１と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の照明装置４４は、図５に示すように、第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に、光軸に垂直な面に合わせて複数の遮光板４５ａ，４５ｂが回動可能に設置されている。複数の遮光板４５ａ，４５ｂは第２のフライアイレンズ４の近傍に設置されており、各遮光板４５ａ，４５ｂの幅は各レンズ１０の幅と同等かそれ以下に設定されている。そして、各遮光板４５ａ，４５ｂの中央には水平方向に延在する回動軸１１が設けられており、各遮光板４５ａ，４５ｂの回動軸１１はレンズ１０の境界に合わせてそれぞれ配置されている。回動軸１１にはステッピングモータ等の駆動手段が接続されており、遮光板４５ａ，４５ｂを個々に回動させる構成となっている。この際、各遮光板が連動して一斉に同じ角度だけ回動する構成であってもよいし、一部の遮光板のみが回動したり、回転角に差を持たせて回動したりする構成としてもよい。

図５においては４個の遮光板４５ａ，４５ｂを示しているが、上側２個の遮光板４５ａと下側２個の遮光板４５ｂは互いに逆向きに回動する構成となっている。すなわち、光源２からの射出光の光軸を中心として対称的に上下２個ずつの遮光板４５ａ，４５ｂがそれぞれ反射面が外側に向くように、上側２個の遮光板４５ａが図５における反時計回りに、下側２個の遮光板４５ｂが図５における時計回りに回動するようになっている。換言すると、４個の遮光板４５ａ，４５ｂによって、第２のフライアイレンズ４全体の中心を通る軸（図５において紙面に垂直な方向に延びる軸）に対して線対称（上下対称）に遮光が行われる構成となっている。そして、所望の最小透過光量となる状態まで遮光板４５ａ，４５ｂを傾けたときに遮光板４５ａ，４５ｂからの反射光が光源２に戻らない角度になるように、遮光板４５ａ，４５ｂの寸法や数などが設定されている。遮光板４５ａ，４５ｂからの反射光が到達する２枚のフライアイレンズ３，４の外側の位置には、上側２個の遮光板４５ａからの反射光を吸収するための光吸収材６ａと下側２個の遮光板４５ｂからの反射光を吸収するための光吸収材６ｂとが設置されている。

本実施の形態の場合、複数の遮光板４５ａ，４５ｂを配置したことによって一つ一つの遮光板の寸法を小さくすることができるので、液晶ライトバルブの位置における照度分布への影響をより小さくして調光を行うことができる。また、小さい遮光板であれば、既存の第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズの配置を変えることなく、それらの間に挿入することができ、照明装置が大型化することもない。特に本実施の形態の場合、各遮光板４５ａ，４５ｂの幅を各レンズ１０の幅と同等かそれ以下に設定しているので、遮光板の寸法を充分に小さくすることができ、上記の効果を確実に得ることができる。

また上述したように、複数の遮光板４５ａ，４５ｂを一斉に同一の角度だけ回動させてもよいが、例えば一部の遮光板のみを回動させ、残りの遮光板は静止させておく構成、もしくは複数の遮光板を角度差を持って回動させる構成、もしくはこれらを組み合わせた構成などを採用すれば、よりきめ細かな調光を行うことができる。

さらに、４個の遮光板４５ａ，４５ｂによって、第２のフライアイレンズ４全体の中心を通る軸に対して線対称に遮光が行われるため、液晶ライトバルブにおける照度分布も液晶ライトバルブの中心を通る軸に対して線対称となる。よって、第２のフライアイレンズ４を透過した後の光がまだ若干の照度分布を持っていたとしても、液晶ライトバルブで重畳することにより均一にすることができる。また、図９に示したような青色に対応する画像のみ、画像の上下方向もしくは左右方向が他の２色の画像と逆転することになる投射型液晶表示装置に本実施の形態の照明装置４４を用いた場合、スクリーン２７の両側で色バランスが均一な画像を再現することができる。

［照明装置−５］
次に、本発明の第５の実施の形態の照明装置について図６を用いて説明する。
第１〜第４の実施の形態の照明装置が２枚のフライアイレンズの間に遮光板を装入していたのに対し、本実施の形態では光源と第１のフライアイレンズとの間に遮光板を装入した点が異なっている。
図６は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。図６において図１と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の照明装置４７は、図６に示すように、光源２と第１のフライアイレンズ３との間に、光軸に垂直な面に沿って複数の遮光板４８ａ，４８ｂが回動可能に設置されている。各遮光板４８ａ，４８ｂの中央には水平方向に延在する回動軸１１が設けられており、各遮光板４８ａ，４８ｂの回動軸１１はレンズ９の境界に沿うようにそれぞれ配置されている。回動軸１１にはステッピングモータ等の駆動手段が接続されており、遮光板４８ａ，４８ｂを個々に回動させる構成となっている。この際、各遮光板４８ａ，４８ｂが連動して一斉に同じ角度だけ回動する構成であってもよいし、片側の遮光板のみが回動したり、角度差を持って回動したりする構成としてもよい。

図６においては２個の遮光板４８ａ，４８ｂを示しているが、上側の遮光板４８ａと下側の遮光板４８ｂは互いに逆向きに回動する構成となっている。すなわち、光源２からの射出光の光軸を中心として対称的に上下の遮光板４８ａ，４８ｂがそれぞれ反射面が外側に向くように、上側の遮光板４８ａが図６における反時計回りに、下側の遮光板４８ｂが図６における時計回りに回動するようになっている。そして、所望の最小透過光量となる状態まで遮光板４８ａ，４８ｂを傾けたときに遮光板４８ａ，４８ｂからの反射光が光源２に戻らない角度になるように設定されている。遮光板４８ａ，４８ｂからの反射光が到達する位置には、上側の遮光板４８ａからの反射光を吸収するための光吸収材６ａと下側の遮光板４８ｂからの反射光を吸収するための光吸収材６ｂとが設置されている。

本実施の形態の照明装置４７では、遮光板４８ａ，４８ｂを光源２と第１のフライアイレンズ３との間に配置しているため、場合によっては照明装置のサイズが大きくなる恐れもある。その反面、光源２の照度分布がもともと比較的大きいため、光源２と第１のフライアイレンズ３との間に遮光板４８ａ，４８ｂを入れたところでそれ程大きな影響はなく、それよりもむしろ第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に遮光板を入れなくて済むことで液晶ライトバルブの位置における照度分布を小さくすることができる。

また、複数の遮光板４８ａ，４８ｂのうちの一部の遮光板のみを回動させたり、複数の遮光板を角度差を持って回動させたりする構成を採用すれば、よりきめ細かな調光を行うことができる。また、複数の遮光板４８ａ，４８ｂを逆回りに回動させる構成、遮光板４８ａ，４８ｂからの反射光の到達位置に光吸収材６ａ，６ｂを設置したことによる効果は上記と同様である。

［照明装置−６］
次に、本発明の第６の実施の形態の照明装置について図７、図８を用いて説明する。
本実施の形態も第５の実施の形態と同様、光源と第１のフライアイレンズとの間に遮光板を装入した例であるが、複数の遮光板を一体に回動させる点が異なっている。
図７、図８は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す側面図であって、図７は１００％透過の状態（調光をかけていない状態）、図８は３０％透過の状態（調光をかけた状態）をそれぞれ示している。図７、図８において図１と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の照明装置５０は、図７、図８に示すように、光源２と第１のフライアイレンズ３との間に、光軸に垂直な面に沿って複数の遮光板５１ａ〜５１ｅが設置されている。第５の実施の形態では各遮光板毎に回動軸が設けられており、各遮光板は独立して回動するように構成されていた。これに対して、本実施の形態では、複数の遮光板５１ａ〜５１ｅが、中央の遮光板５１ｃに連結された一つの回動軸１１を中心として図における時計回りに一体に回動する構成となっている。また、個々の遮光板５１ａ〜５１ｅの寸法やピッチは一様ではなく、場所によって異なっている。これら遮光板５１ａ〜５１ｅからの反射光が到達する位置には、この反射光を吸収するための光吸収材６が設置されている。

本実施の形態の構成によれば、遮光板５１ａ〜５１ｅの数が複数であっても回動軸および回動機構が一つで済み、装置構成を簡略化することができる。また、個々の遮光板５１ａ〜５１ｅの寸法やピッチを場所によって異ならせることによって遮光板全体の設計を最適化することができ、液晶ライトバルブの位置における照度分布を良好に維持することができる。

［照明装置−７］
次に、本発明の第７の実施の形態の照明装置について図１５を用いて説明する。本実施の形態の照明装置の構成は、図５に示した第４の実施の形態とほぼ同様である。図１５は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。図１５において図５と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態の照明装置４４の場合、第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４との間に複数の遮光板４５ａ，４５ｂが設置されていたのに対し、本実施の形態の照明装置４４Ａにおいては、図１５に示すように、第２のフライアイレンズ４の射出側に、光軸に垂直な面に合わせて複数の遮光板４５ａ，４５ｂが回動可能に設置されている。複数の遮光板４５ａ，４５ｂは第２のフライアイレンズ４の近傍に設置されており、各遮光板４５ａ，４５ｂの幅は各レンズ１０の幅と同等かそれ以下に設定されている。そして、各遮光板４５ａ，４５ｂの中央には水平方向に延在する回動軸１１が設けられており、各遮光板４５ａ，４５ｂの回動軸１１はレンズ１０の境界に合わせてそれぞれ配置されている点は、第４の実施の形態と同様である。図１５においては４個の遮光板４５ａ，４５ｂを示しているが、上側２個の遮光板４５ａと下側２個の遮光板４５ｂは互いに逆向きに回動する構成となっている。すなわち、４個の遮光板４５ａ，４５ｂによって、第２のフライアイレンズ４全体の中心を通る軸（図５において紙面に垂直な方向に延びる軸）に対して線対称（上下対称）に遮光が行われる構成となっている。

本実施の形態の場合、複数の遮光板４５ａ，４５ｂを配置したことによって一つ一つの遮光板の寸法を小さくすることができるので、液晶ライトバルブの位置における照度分布への影響をより小さくして調光が行える、既存の第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ４の配置を変えることなく遮光板４５ａ，４５ｂを挿入することができ、照明装置が大型化することがない、照度分布が対称化され、投射された映像の見栄えが良くなる、スクリーンの両側で色バランスが均一な画像を再現できる、といった第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［照明装置−８］
次に、本発明の第８の実施の形態の照明装置について図１６〜図１９（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態の照明装置の基本構成は第１の実施の形態と同様であるが、第２のフライアイレンズの射出側に偏光変換手段であるＰＢＳアレイが設けられている点が異なっている。そして、遮光板が、第１〜第７の実施の形態で例示した回動方式のものではなく、スライド方式のものである点も異なっている。
図１６は本実施の形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。図１６において図１と共通の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、照明装置のうち、第２のフライアイレンズとＰＢＳアレイの部分のみを取り出して示す拡大平面図、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は遮光板の正面図であり、図１７（Ａ）、図１８（Ａ）、図１９（Ａ）は調光をかけていない状態、図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）、図１９（Ｂ）は調光をかけた状態をそれぞれ示している。

本実施の形態の照明装置８０は、図１６および図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、光源２側から第１のフライアイレンズ３、第２のフライアイレンズ４が順次設置され、第２のフライアイレンズ４の射出側にＰＢＳアレイ８１が設置されている。ＰＢＳアレイ８１においては、偏光分離膜８２と反射膜８３とが交互に配置されており、偏光分離膜８２の射出側には所定の直線偏光をそれと直交する直線偏光に変換する（例えばｐ偏光をｓ偏光に変換する）１／２波長板８４が設けられている。そして、ＰＢＳアレイ８１は、通常、光源２からの射出光を反射膜８３に直接入射させないための遮光板が設けられているが、本実施の形態の場合、本発明の調光手段として機能する遮光板８５がその機能を兼ねている。第２のフライアイレンズ４とＰＢＳアレイ８１とは所定の間隙をもって配置されており、遮光板８５はその間隙に配置されている。

図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に２点鎖線で示したのは、第２のフライアイレンズ４を構成する平面視矩形状の各レンズ１０の輪郭である。本実施の形態の場合、遮光板８５は、左右方向に隣接するレンズ１０の境界に沿って上下方向に延び、光の透過方向に重ね合わされた２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂから構成されている。調光をかけない状態では、図１７（Ａ）、図１８（Ａ）に示すように、２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂは完全に重なった状態となっており、２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂの中心軸が横方向に隣接するレンズ１０の境界と重なっている。これら遮光板８５Ａ，８５Ｂは、ステッピングモータなどの図示しない駆動機構によって主面に沿う方向に平行移動する（スライドする）構成となっている。そして、調光をかける際には、図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）に示すように、２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂが左右方向に互いに逆向きに同じ距離だけスライドし、レンズ１０の両端の所定の領域が遮光される。例えば第２のフライアイレンズ４側の遮光板８５Ａが図１８Ｂに矢印で示す左向き（図１７（Ｂ）においては図示上方向）に移動する一方、ＰＢＳアレイ８１側の遮光板８５Ｂが右向き（図１７（Ｂ）においては図示下方向）に移動する。遮光板８５のこのような動作により、本実施の形態の照明装置８０においては、２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂが、第２のフライアイレンズ４の各レンズ１０の中心を通る軸に対して左右対称に遮光を行う構成となっている。

仮に第２のフライアイレンズの各レンズの片側のみを全てのレンズについて遮光したとすると、スクリーンの片側のみが明るく、残りの片側が暗いというように照度分布が偏りを持つ場合がある。これに対して、本実施の形態の照明装置８０は、スライド方式の遮光板８５を備えており、第２のフライアイレンズ４の各レンズ１０の中心を通る軸に対して左右対称に遮光を行うので、被照明領域である液晶ライトバルブにおける照度分布も液晶ライトバルブの中心を通る軸に対して左右対称となる。よって、スクリーンの片側のみが明るく、残りの片側が暗いというような偏りがなく、投射映像の見栄えを良くすることができる。

さらに、現状の３板方式の投射型表示装置の構成上、３色の光路の中で１色の光路のみはリレーレンズを介している関係でその１色に対応する画像のみは画像の上下方向もしくは左右方向が他の２色の画像と逆転せざるを得ない。そこで、仮に第２のフライアイレンズの各レンズの片側のみを遮光する照明装置を用いたとすると、例えばＲ、Ｇに対応する画像については画面の右側が明るく、左側が暗い一方、Ｂに対応する画像のみは画面の右側が暗く、左側が明るくなるというようなことが起こり、画面の右側と左側とで色バランスが変わってしまうという問題が生じる。その点、上記本実施の形態の照明装置８０によれば、液晶ライトバルブにおける照度分布が中心軸に対して線対称となるので、画面の両側で色バランスが均一な画像を再現することができる。

また本実施の形態の場合、２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂが、ＰＢＳアレイ８１の反射膜８３に光源からの射出光を直接入射させないための遮光板を兼ねているので、別途遮光板を設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。さらに、第２のフライアイレンズ４と２枚の遮光板８５Ａ，８５Ｂの間に間隙が設けられているので、この間隙に冷却用の空気を流すことができ、光源２からの強い光を遮光することで温度が上昇した遮光板８５Ａ，８５Ｂを冷却することができる。

上では図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示したように、遮光板８５Ａ，８５Ｂの縁が直線状に延びていたが、この形状に代えて、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）に示すように、遮光板８７Ａ，８７Ｂの縁の各レンズ１０の上下方向の中央部を曲線状に窪ませたものを用いてもよい。光源２からの射出光は遮光板の位置において略中心対称な照度分布を持っているため、このような形状の遮光板８７Ａ，８７Ｂを用いることにより、スクリーン上での照度分布をより均一化することができる。

［照明装置−９］
次に、本発明の第９の実施の形態の照明装置について図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）を用いて説明する。
本実施の形態の照明装置の基本構成は第８の実施の形態と同様であり、第２のフライアイレンズの射出側にＰＢＳアレイが設けられ、第２のフライアイレンズとＰＢＳアレイとの間に遮光板が設置されたものである。よって、全体構成の図示は省略する。そして、遮光板の構成が第８の実施の形態と若干異なっている。
図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、本実施の形態の照明装置のうち、第２のフライアイレンズとＰＢＳアレイの部分のみを取り出して示す拡大平面図、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は遮光板の正面図であり、図２０（Ａ）、図２１（Ａ）は調光をかけていない状態、図２０（Ｂ）、図２１（Ｂ）は調光をかけた状態をそれぞれ示している。

図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示すように、本実施の形態の照明装置も第８の実施の形態と同様、第２のフライアイレンズ４とＰＢＳアレイ８１との間に遮光板９５が設置されている。遮光板９５が、左右方向に隣接するレンズ１０の境界に沿って上下方向に延びている点も第８の実施の形態と同様であるが、本実施の形態の場合、２枚の遮光板９５Ｒ，９５Ｌ，９５Ｃのうち、ＰＢＳアレイ８１側の遮光板９５Ｃは位置が固定され、ＰＢＳアレイ８１の反射膜８３の入射側に配置されている。一方、第２のフライアイレンズ４側の遮光板９５Ｒ，９５Ｌは主面に沿う方向に平行移動する（スライドする）構成となっている。

図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は第２のフライアイレンズ４の中央部を図示したものであり、第２のフライアイレンズ４全体の中心にあたるレンズの境界に沿う遮光板のみは、位置が固定されたＰＢＳアレイ８１側の１枚の遮光板９５Ｃのみで構成されている。そして、調光をかけない状態では、図２０（Ａ）、図２１（Ａ）に示すように、２枚の遮光板９５Ｒ，９５Ｌ，９５Ｃは完全に重なった状態となっており、２枚の遮光板９５Ｒ，９５Ｌ，９５Ｃの中心軸が横方向に隣接するレンズ１０の境界と重なっている。調光をかける際には、図２０（Ｂ）、図２１（Ｂ）に示すように、移動可能に構成された第２のフライアイレンズ４側の遮光板９５Ｒ，９５Ｌについては、中央の遮光板９５Ｃに対して右側に位置する遮光板９５Ｒと左側に位置する遮光板９５Ｌとが左右方向に互いに逆向きに同じ距離だけスライドし、レンズ１０の両端の所定の領域が遮光される。例えば右側の遮光板９５Ｒが図２１（Ｂ）に矢印で示す左向き（図２０（Ｂ）においては下側の遮光板が図示上方向）に移動する一方、左側の遮光板９５Ｌが右向き（図１７（Ｂ）においては上側の遮光板が図示下方向）に移動する。遮光板９５のこのような動作により、本実施の形態の照明装置においては、２枚の遮光板９５Ｒ，９５Ｌ，９５Ｃが、第２のフライアイレンズ４全体の中心を通る軸に対して左右対称に遮光を行う構成となっている。

本実施の形態の場合、各レンズ１０毎に線対称となるように遮光を行うのではなく、第２のフライアイレンズ４全体に対して線対称となるように遮光を行う点で第８の実施の形態と異なる。この場合、各レンズ１０については遮光により照度分布が生じてしまうが、それらを重畳したものについては均一にすることができる。その結果、本実施の形態の照明装置においても、スクリーンの片側のみが明るく、残りの片側が暗いというような偏りがなく、投射映像の見栄えを良くすることができる、画面の両側で色バランスが均一な画像を再現することができる、といった第８の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第８、第９の実施の形態では、左右方向に隣接するレンズの境界に沿って上下方向に延びる遮光板の例で説明したが、これとは逆に、上下方向に隣接するレンズの境界に沿って左右方向に延びる遮光板を設ける構成としても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。また、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）では各レンズの中央部を若干窪ませた形状の縁を持つ遮光板８７Ａ，８７Ｂを示したが、この構成に代えて、例えばカメラの絞りのような構成の遮光板を設け、光透過領域の形状をより円形に近いものとすると、スクリーンにおける照度分布をより均一化することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば遮光板の形状や数、配置等に関しては上記実施の形態に限ることなく、適宜変更が可能である。また、上記実施の形態では遮光板が光反射性を有するものを用いたが、光吸収性を有する遮光板を用いることもできる。その場合、遮光板の材料としては、黒色アルマイト処理を施したアルミニウムなどを例示することができる。上記実施の形態では光変調手段として液晶ライトバルブを用いた投射型液晶表示装置の例を挙げたが、光変調手段としてＤＭＤを用いた投射型表示装置に本発明を適用することも可能である。

本発明者は、第１の実施の形態の照明装置を実際に製作し、遮光板が所望の調光機能を実現できるか否かを評価した。図１４はその評価結果を示す図であって、遮光板の傾斜角度とスクリーン上の明るさとの関係を示している。図１４において、横軸は遮光板の傾斜角度（度）であり、０度は遮光板の向きが光軸に平行になっている状態を示す。また、縦軸は遮光板の傾斜角度が０度のときを１００％としたスクリーン面の明るさ（％）である。

図１４から明らかなように、遮光板の傾斜角度を０度から大きくするにつれてスクリーンの明るさが１００％近傍から低下する傾向にあり、傾斜角度を３０度以上とするとスクリーンの明るさが３０％程度に低下することがわかった。したがって、本発明の照明装置によれば、遮光板の傾斜角度を制御することによってスクリーン上で所望の明るさの光を得ることができることが実証された。

産業上の利用可能性
本発明の照明装置によれば、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域において映像に応じた明るさの光が得られ、投射型表示装置のダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。そして、この照明装置の使用により、映像表現力や使用環境への順応性の面で優れた効果を持つ投射型表示装置を実現することができる。従って、本発明の照明装置は工業上有用なものである。

本発明の第１の実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態の照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。 本発明の第３の実施形態の照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。 本発明の第４の実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第５の実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第６の実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第６の実施形態の側面図である。 本発明の第１の実施形態の投射型液晶表示装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の投射型液晶表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の投射型液晶表示装置において、映像信号から明るさ制御信号を決定する第１の方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の第２の方法を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の第３の方法を説明するための図である。 本発明の実施例である投射型表示装置の調光機能を評価した結果を示す図である。 本発明の第７の実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第８の実施形態の照明装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第８の実施形態の照明装置のうち、第２のフライアイレンズとＰＢＳアレイの部分のみを取り出して示す拡大平面図であり、図１７（Ａ）は調光をかけていない状態、図１７（Ｂ）は調光をかけた状態を示している。 本発明の第８の実施形態の照明装置における遮光板の正面図であり、図１８（Ａ）は調光をかけていない状態、図１８（Ｂ）は調光をかけた状態を示している。 本発明の第８の実施形態の遮光板の他の例を示す正面図であり、図１９（Ａ）は調光をかけていない状態、図１９（Ｂ）は調光をかけた状態を示している。 本発明の第９の実施形態の照明装置のうち、第２のフライアイレンズとＰＢＳアレイの部分のみを取り出して示す拡大平面図であり、図２０（Ａ）は調光をかけていない状態、図２０（Ｂ）は調光をかけた状態を示している。 照明装置における遮光板の正面図であり、図２１（Ａ）は調光をかけていない状態、図２１（Ｂ）は調光をかけた状態を示している。

符号の説明

１，４４，４７，５０，４４Ａ，８０…照明装置、２…光源、３…第１のフライアイレンズ（均一照明手段）、４…第２のフライアイレンズ（均一照明手段）、５，４０，４５ａ，４５ｂ，４８ａ，４８ｂ，５１，５１ａ〜５１ｅ，８５，８５Ａ，８５Ｂ，８７Ａ，８７Ｂ，９５Ｒ，９５Ｌ，９５Ｃ…遮光板（調光手段）、６，６ａ，６ｂ…光吸収体、１１，４２…回動軸、２２，２３，２４…液晶ライトバルブ（光変調手段）、２６…投射レンズ（投射手段）、３０…投射型液晶表示装置（投射型表示装置）、３２…ＤＳＰ（１）（制御信号決定手段）、３３…ＤＳＰ（２）（調光制御手段）、３５…調光素子、３６…ＤＳＰ（３）（映像信号伸張手段）、４０ａ…凹凸形状、８１…ＰＢＳアレイ。

Claims (16)

1. 投射型表示装置の光変調手段を照明するために用いられる照明装置であって、
   光源と、前記光源から入射される光の照度分布を均一化する均一照明手段と、前記光源から射出される光の光軸上に設置され、前記光源からの射出光の光量を調節する調光手段とを備え、外部からの情報に基づいて前記調光手段を制御することによって前記均一照明手段から射出される光の光量を調節可能とされ、
   前記均一照明手段が、前記光軸に沿って前記光源に近い側から順次配置されたフライアイレンズと、前記フライアイレンズによって形成された複数の２次光源像を照明面において重ね合わせるための重畳レンズとを有しており、
   前記調光手段が、前記フライアイレンズと前記重畳レンズとの間に配置され、前記光源からの射出光の少なくとも一部を遮断可能に構成された遮光板からなり、前記遮光板による前記射出光の遮光面積が調節可能とされ、
   遮光時に前記射出光の光路内に位置する前記遮光板の縁部が凹凸形状を有していることを特徴とする照明装置。
2. 前記遮光板が、前記光軸に垂直な面に沿って複数配置されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記遮光板が、その主面と平行な方向に移動可能に構成されており、前記遮光板の移動量により前記光量が調節可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記フライアイレンズの射出側に、前記光源からの射出光の偏光状態を一方向に揃える偏光ビームスプリッタアレイが設けられたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記偏光ビームスプリッタアレイの入射側に第２のフライアイレンズが設けられ、この第２のフライアイレンズと前記遮光板の間、あるいは前記偏光ビームスプリッタアレイと前記遮光板の間の少なくともいずれか一方に間隙が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記遮光板が、その主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成されており、前記遮光板の回動角度により前記光量が調節可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
7. 前記遮光板が、前記光軸に垂直な面に沿って複数配置され、前記複数の遮光板を、前記フライアイレンズから射出される光束群の中心線を境として、それぞれ反対の方向に回動させることにより、前記光量を調節することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記遮光板が、前記光軸に垂直な面に沿って複数配置され、前記複数の遮光板を、前記フライアイレンズの中心線を境として、それぞれ反対の方向に回動させることにより、前記光量を調節することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 前記遮光板が、前記光軸に垂直な面に沿って複数配置され、前記複数の遮光板の各々の大きさもしくは前記複数の遮光板間のピッチが場所によって異なっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記遮光板が、前記フライアイレンズから射出される光束群の中心に対して線対称に遮光を行うことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記遮光板が、前記フライアイレンズから射出される光束群の中心に対して中心対称に遮光を行うことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記遮光板のうち、少なくとも光が照射される側の表面が光反射性を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 前記遮光板からの反射光が照明光の光路の外側に反射するように前記遮光板が回動することを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
14. 照明手段と、前記照明手段から射出される光を変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射手段とを有する投射型表示装置であって、
    前記照明手段として、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
15. 映像を構成する１フレームあたりの映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御信号を決定する制御信号決定手段と、前記制御信号に基づいて前記調光手段を制御する調光制御手段と、前記映像信号を前記制御信号に基づいて伸張する映像信号伸張手段とを備えたことを特徴とする請求項１４に記載の投射型表示装置。
16. 請求項１５に記載の投射型表示装置の駆動方法であって、
    映像を構成する１フレームあたりの映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御信号を決定し、前記制御信号に基づいて前記調光手段を制御することにより前記光変調手段を照明する光の光量を調節するとともに、前記映像信号を前記制御信号に基づいて伸張し、この伸張した映像信号を前記光変調手段に供給することによって映像を生成することを特徴とする投射型表示装置の駆動方法。

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